окатодом розігрівають і в камеру через натекатель подають інертний газ при тиску 0,05 - 1 Па. У порівнянні з діодним схемою за рахунок термоелектронної емісії з катода будуть інтенсивно испускаться електрони, ускоряющиеся вертикальним електричним полем, що дозволяє проводити процес при більш високому вакуумі. Функції катода і мішені в пропонованою схемою розділені, що дозволяє управляти енергією іонів шляхом зміни напруги на мішені. А наявність котушок (відсутні на схемі), що створюють магнітні поля, дозволяє збільшити траєкторію руху електронів від термокатодом до анода і ще більше знизити тиск, зменшивши тим самим забруднення плівок. При напрузі між термокатодом і анодом порядку 100 В. виникає несамостійний газовий розряд, при цьому розрядний струм досягає декількох ампер. Мішень, що має негативний потенціал щодо катода, відтягує на себе значну частину іонів, що утворюються в газовому розряді, і прискорює їх. У результаті бомбардування мішені іонами відбувається її розпорошення, і розпорошені атоми осідають на підкладці, формуючи тонку плівку. Такі трьохелектродні системи, в яких електричні ланцюги розряду і розпилення розділені і управляються незалежно один від одного, забезпечують гнучкість управління процесом. Швидкість осадження складає одиниці нанометрів в секунду, що в кілька разів перевищує аналогічний показник для двоелектродної схеми катодного розпилення.
До основних недоліків тріодній схеми слід віднести малі розміри термокатодом, що ускладнює отримання однорідної плазми при розряді. Крім того, через термокатодом не можна використовувати в технології агресивні гази.
Подальший розвиток трьохелектродних систем розпилення призвело до використання автономних іонних джерел. Іонний джерело являє собою газорозрядну камеру з термокатодом, в яку подається робочий газ під тиском ~ 0,5 Па, що забезпечує високу концентрацію іонів. Газорозрядна камера відділена від камери осадження каліброваними отворами, завдяки чому забезпечується перепад тисків, і тиск в камері осадження, де розташовані мішень і підкладка, складає ~ 0,015 Па. Частина іонів надходить через отвори в камеру осадження, прискорюється і розпилює мішень. Така конструкція дозволяє збільшити швидкість розпилення мішені і підвищити чистоту загрожених на підкладці плівок.
Отримання плівок методом катодного розпилення, послідовність процесу.
Розглядаючи процес катодного розпилення, доцільно розділити його на три етапи:
. Вибивання атомів з поверхні катода.
. Дифузія розпорошеного речовини до підкладки.
. Конденсація.
Вибивання атомів з поверхні катода під дією іонного бомбардування.
В даний час існує багато різних теорій процесу катодного розпилення. Найбільш поширеною є теорія Венера, згідно з якою іон, який вдарився про катод, викликає коливання вузлів кристалічної решітки, які поширюючись в напрямку поверхні металу, можуть повідомити поверхневому атому енергію, достатню для розпилення.
Швидкість катодного розпилення зростає:
із збільшенням катодного падіння потенціалу (збільшується енергія іонів, бомбардують катод);
із збільшенням струму розряду (збільшується кількість бомбардують частинок);
із збільшенням маси падаючого іона (збільшується імпульс бомбардують частинок).
Швидкість катодного розпилення обернено пропорційна теплоті сублімації матеріалу катода, яка характеризує енергію зв'язку
атомів в решітці.
Крім цих факторів на розпорошення впливає склад газу. При розпиленні в молекулярних газах можливе утворення під дією розряду хімічної сполуки на поверхні катода (нітриди, оксиди і т. Д.). У цьому випадку розпорошується вже не сам метал, а хімічна сполука. Таке розпорошення отримало назву реактивного. Реактивне розпорошення - один із шляхів отримання плівок таких тугоплавких сполук, як оксиди і нітриди металів. При цьому, міняючи склад газової фази, (наприклад, співвідношення хімічно активної та інертною компонент) можна отримати плівки різного хімічного складу і з різними властивостями.
Дифузія розпилених атомів в газовій фазі.
В умовах тліючого розряду при тисках, які зазвичай використовуються (0,1-5 торр), довжина вільного пробігу майже завжди менше шляху, прохідного розпорошеними частинками. При цьому характер їх руху є дифузійним і частина розпорошених атомів, стикаючись з молекулами газу, змінюють свій напрямок і повертаються назад на катод. Це явище отримало назву зворотної дифузії. У результаті зворотної дифузії розпорошених частинок на катод змінюється швидкість розпилення, або, точніше, швидкість конденсації зменшується зі збільшенням тиску і відстані катод-підкладка.
У загальному випадку залежність швидкості розпилення від тиску і параметрів може бути описана емпіричної формулою виду:
=A? ((U? i)/(d? P)) B ...
